生物物理建模作为促进植物科学和工程学的工具

科学领域:

• 植物生物学和系统生物学
• 计算生物学和数学建模数学模型

背景情况:

• 植物生长,发育和生理学涉及复杂的分子,细胞,组织和生物体水平的过程.
• 实验研究已经阐明了激素信号传递,基因调节,新陈代谢和环境反应的关键机制.
• 将各种不同的实验数据整合到一个统一的框架中,以了解植物的形式和功能仍然是一个重大挑战.

研究的目的:

• 审查数学和计算建模方法,以了解植物生物学.
• 突出模型如何解决整合多尺度实验数据的挑战.
• 为植物科学中的生物技术应用提出联合建模策略.

主要方法:

• 讨论各种建模方法:反应动态和布尔网络 (分子/遗传调节),机械和基于几何的模型 (组织生长/形态发生),代谢和基于约束的模型 (资源分配),以及水力/电生理模型 (运输过程).
• 重点是整合不同的建模策略.

主要成果:

• 数学和计算建模为模拟和预测工厂过程提供了强大的工具.
• 建模为实验研究提供战略指导,识别缺少的信息.
• 结合多种不同的建模方法,可以为植物生物技术带来预测工具.

结论:

• 综合建模框架对于机械理解植物的形式和功能至关重要.
• 建模有助于开发可预测工具,以提高植物的应力耐受性,营养使用效率,再生组织工程和生物质生产率.
• 本综述主张采用多模型方法来推进植物科学和生物技术.